专利名称：一种用于等离子体发生器中的射频天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于等离子体发生器中的射频天线，特别涉及一种结合螺旋 线圈与渐开线线圈，并能调整两种结构线圈上射频功率比的天线结构。
背景技术：
目前在对半导体器件的制造过程中，通常使用电容耦合式或电感耦合式的等离子 体发生器来产生引入其中的反应气体的等离子体，对放置在等离子体发生器内的晶圆进行 蚀刻等加工处理。一般情况下，电容耦合式的等离子体发生器(CCP)，在其真空的反应腔内引入反应 气体，通过在平行设置的平板式的上电极和下电极中的其中一个电极施加射频，在对应电 极上接地，使上、下电极间被射频电场加速的电子等与反应气体的分子发生电离冲撞，产生 反应气体的等离子体。电感耦合式的等离子体发生器(ICP)，往往在反应腔的侧壁或顶部外侧设置的螺 旋线圈中通入交变电流，产生一个交变的感应磁场，并在轴向感应出射频电场，将引入其中 的反应气体的电子被加速，从而产生反应气体的等离子体。相比而言，使用电容耦合式的等离子体发生器(CCP)产生的等离子体，均勻性较 好，但是，其对同样流量的反应气体的电离率，与使用电感耦合式的等离子体发生器(ICP) 的电离率相差百倍，因而刻蚀处理的速度慢。然而，使用电感耦合式的等离子体发生器(ICP)，通常会在对应晶圆边缘的位置获 得较高的等离子体密度；而在晶圆中心位置的等离子体密度较低，造成刻蚀的不均勻。因此，随着晶圆尺寸从8英寸扩大到12英寸反应区的面积也会相应扩大，反应区 扩大使对应的线圈尺寸也要扩大，但是普通的螺旋线圈扩大会带来额外的问题线圈电感 迅速增大，要获得同样的电流需要更高的电压，电流分布不均造成电磁场强度在整个处理 表面上的分布不均。其中更高的电压还会造成弧光放电(arcing)损坏元器件，以及对元器件更高的耐 压要求，使成本增加，同时减小了可靠性。所以业界需要一种新的线圈装置来实现更均勻的 等离子分布同时降低成本提高可靠性和可操作性。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种用于等离子体发生器中的射频天线，能够将螺旋线 圈与渐开线的线圈结构整合在同一个射频天线上，并能调整两种线圈上射频功率比，在同 一射频天线的不同区域获得不同的等离子体发生效果，从而对晶圆表面进行均勻快速的处 理，同时能降低射频电压驱动电路的配置要求。为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种用于等离子体发生器中的 射频天线，通过施加射频能量，在所述等离子体发生器的反应腔内，形成引入的反应气体的 等离子体对晶圆进行处理，所述射频天线设为中心区域和环绕中心区域设置的外侧区域；
3所述中心区域设置有第一线圈；所述外侧区域设置有第二线圈；一个驱动电路施加射频功 率到第一和第二线圈并独立调节第一和第二线圈的输入射频功率，其中第二线圈包含多组 在所述外侧区域均勻分布的并联线圈。所述中心区域的第一线圈是螺旋线形。所述中心区域的第一线圈，其螺旋线形的中心端与射频电源相连接，另一端接地。所述外侧区域的第二线圈包含一第一接触环、直径大于该第一接触环的第二接触 环，以及均勻分布在所述第一接触环和第二接触环之间的若干渐开线；所述若干渐开线的 一端均勻排列在一第一接触环的圆周上，并与其电性连接；所述若干渐开线的另一端均勻 排列在第二接触环的圆周上，并与其电性连接。所述若干渐开线通过所述第一接触环与射频电源连接，并通过所述第二接触环接 地，使该若干渐开线相互并联。所述驱动电路包含一个可变阻抗电路，其与所述第一线圈或第二线圈之一串联； 所述射频电源通过调节该可变阻抗电路的阻抗值，控制分配到所述第一线圈和第二线圈的 射频功率比。所述可变阻抗电路包含可变电容或具有可变阻抗的电感电容组合电路。所述第一线圈及所述第二线圈的每条并联线圈的宽度大于厚度。本实用新型所述用于等离子体发生器中的射频天线，与现有技术相比，其优点在 于本实用新型不仅能够结合螺旋线和渐开线的两种线圈结构，并通过调节可变电容，控制 射频电源输入第一线圈和第二线圈的射频功率比，在中心区域和外侧区域生成的等离子体 密度可分别控制；还能够结合电容耦合及电感耦合等离子体发生器的射频结构，从而使装 设本实用新型所述射频天线的等离子体发生器，兼具高电离率和均勻分布的等离子体发生 效果，实现对反应腔中晶圆的均勻快速处理。采用本实用新型扁平状的线圈再结合内外分区、独立供电控制的两个线圈能更好 的实现在整个反应区域上的均勻等离子浓度分布。而且，由于第一线圈与第二线圈之间，第 二线圈的各条渐开线之间相互并联，因而施加到该射频天线的电压有所降低，对应设置的 射频驱动电路的要求也降低，节约了成本，避免了辉光放电。
图1是本实用新型所述用于等离子体发生器中的射频天线的总体结构示意图。图2是本实用新型所述用于等离子体发生器中的射频天线对射频功率分配的原 理图。图3是本实用新型所述用于等离子体发生器中的射频天线与反应腔的连接关系 在图1中A-A’向的剖面图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式
。配合参见图1、图3所示，本实用新型所述用于等离子体发生器中的射频天线，设 置在反应腔30顶部外侧的绝缘层上。该射频天线包含中心区域和环绕中心区域设置的外 侧区域，其中，中心区域设置有一螺旋线形的第一线圈10，外侧区域设置有第二线圈20。[0025]该第二线圈20包含的四条渐开线21，一端均勻排列在一第一接触环22的圆周上 (如图1中标号广4所示)，并与该第一接触环22电性连接；另一端均勻排列在一直径较大 的第二接触环23的圆周上，并与其电性连接。因此该四条渐开线21是相互并联，且均勻分 布在所述第一接触环22和第二接触环23之间。配合参加图1、图2所示，所述第二线圈20包含的四条渐开线21在第一接触环22 上的一端(如图1、2中标号广4所示)与一射频电源连接，所述第一线圈10的螺旋线位于射 频天线圆心位置的一端(如图1、2中标号5所示)通过一可变电容，与同一个射频电源连接 (如图2所示)。而四条渐开线21在第二接触环23上的一端，以及第一线圈10远离圆心的
一端均接地。通过调节上述可变电容的电容量，控制射频电源输入第一线圈10和第二线圈20 的射频功率比，因而可以在同一射频天线的中心区域和外侧区域获得不同的等离子体发生 效果。第一线圈10和第二线圈20上的频率可分别在IOMHz IOOMHz的范围内调节。由于第一线圈10的螺旋线及第二线圈20的渐开线21的结构设计，能够在轴向感 应出射频电磁场，形成引入反应腔30的反应气体的等离子体，获得类似现有电感耦合式等 离子体发生器(ICP)中感应线圈高电离率、高密度的等离子体发生效果，以提高对晶圆的刻 蚀反应速度。相比现有技术中线形的线圈结构，本实用新型所述第一线圈10的螺旋线及第二 线圈20的每条渐开线21可以较宽呈扁平状，其在如图1所示的俯视图中呈带状，优选宽度 为1.5cm，高度为Icm(图3)，有效增大了整个射频天线的导电面积，因而使射频天线下方的 反应腔30内产生的等离子体更均勻，相当于现有电容耦合式等离子体发生器(CCP)中平板 式上电极的发生效果。CCP等离子发生器具有中心区域等离子密度高于边缘区域的特征分 布，与ICP的等离子密度分布正好互补，采用本实用新型扁平状的线圈再结合内外分区、独 立供电控制的两个线圈能更好的实现在整个反应区域上的均勻等离子浓度分布。因此，本实用新型不仅能够结合螺旋线和渐开线21的两种线圈结构，并通过调节 可变电容，控制射频电源输入第一线圈10和第二线圈20的射频功率比，在中心区域和外侧 区域生成的等离子体密度可分别控制；还能够结合电容耦合及电感耦合等离子体发生器的 射频结构，从而使装设本实用新型所述射频天线的等离子体发生器，兼具高电离率和均勻 分布的等离子体发生效果，实现对反应腔中晶圆的均勻快速处理。而且，由于第一线圈10 与第二线圈20之间，第二线圈20的各条渐开线21之间相互并联，因而施加到该射频天线 的电压有所降低，对应设置的射频驱动电路的要求也降低，节约了成本，避免了辉光放电。其中驱动电路中的可变电容也可以是其它条件装置，比如包含电容和电感组合的 功率控制电路也可调节对应频率的阻抗，从而实现对线圈中输入功率的控制。功率控制电 路除了可以连接在射频电源与中间的第一线圈10之外，也可以连接在射频电源和外面的 渐开线21之间。功率控制电路除了可以连接在射频电源和线圈之间外，也可以连接在所要 控制的线圈和接地端之间。第一线圈10和外部并联的渐开线21也可以是由不同的射频电 源独立供电，同样能达到本实用新型效果。尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上 述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于 本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求1.一种用于等离子体发生器中的射频天线，通过施加射频能量，在所述等离子体发生 器的反应腔内，形成引入的反应气体的等离子体对晶圆进行处理，其特征在于，所述射频天 线设为中心区域和环绕中心区域设置的外侧区域；所述中心区域设置有第一线圈(10)；所 述外侧区域设置有第二线圈(20);—个驱动电路施加射频功率到第一和第二线圈并独立调 节第一和第二线圈的输入射频功率，其中第二线圈(20)包含多组在所述外侧区域均勻分布 的并联线圈。
2.如权利要求1所述用于等离子体发生器中的射频天线，其特征在于，所述中心区域 的第一线圈(10)是螺旋线形。
3.如权利要求2所述用于等离子体发生器中的射频天线，其特征在于，所述中心区域 的第一线圈(10)，其螺旋线形的中心端与射频电源相连接，另一端接地。
4.如权利要求1所述用于等离子体发生器中的射频天线，其特征在于，所述外侧区域 的第二线圈(20)包含一第一接触环(22)、直径大于该第一接触环(22)的第二接触环(23)， 以及均勻分布在所述第一接触环(22)和第二接触环(23)之间的若干渐开线(21);所述若 干渐开线(21)的一端均勻排列在一第一接触环(22)的圆周上，并与其电性连接；所述若干 渐开线(21)的另一端均勻排列在第二接触环(23)的圆周上，并与其电性连接。
5.如权利要求4所述用于等离子体发生器中的射频天线，其特征在于，所述若干渐开 线(21)通过所述第一接触环(22 )与射频电源连接，并通过所述第二接触环(23 )接地，使该 若干渐开线(21)相互并联。
6.如权利要求1所述用于等离子体发生器中的射频天线，其特征在于，所述驱动电路 包含一个可变阻抗电路，其与所述第一线圈(10)或第二线圈(20)之一串联；所述射频电源 通过调节该可变阻抗电路的阻抗值，控制分配到所述第一线圈(10)和第二线圈(20)的射 频功率比。
7.如权利要求6所述用于等离子体发生器中的射频天线，其特征在于，所述可变阻抗 电路包含可变电容或具有可变阻抗的电感电容组合电路。
8.如权利要求1所述用于等离子体发生器中的射频天线，其特征在于，所述第一线圈 (10)及所述第二线圈(20)的每条并联线圈的宽度大于厚度。
专利摘要一种用于等离子体发生器中的射频天线，设为中心区域和环绕中心区域设置的外侧区域；中心区域设置有第一线圈；外侧区域设置有第二线圈；一个驱动电路施加射频功率到第一和第二线圈并独立调节第一和第二线圈的输入射频功率，其中第二线圈包含多组在外侧区域均匀分布的并联线圈。结合了螺旋线和渐开线的两种线圈结构，通过调节可变电容，控制射频电源输入第一线圈和第二线圈的射频功率比，在中心区域和外侧区域获得密度不同的等离子体；兼具CCP和ICP的高电离率和均匀分布的等离子体发生效果，实现对晶圆的均匀快速处理。第一、第二线圈间，各条渐开线间相互并联，使施加到该射频天线的电压降低，配置射频驱动电路的要求也降低，节约了成本。
文档编号H05H1/46GK201869430SQ201020624700
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者尹志尧, 杜志游, 欧阳亮, 罗伟义, 许颂临, 陈金元 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司